Η σταθερά του γινοµένου των συγκεντρώσεων των ιόντων του νερού είναι

Transcript

1 ΑΣΚΗΣΗ ΑΠΟ ΤΟ 3ο ΘΕΜΑ ΤΩΝ ΓΕΝΙΚΩΝ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ ης ΚΑΙ 2 ης ΕΣΜΗΣ (ΙΟΥΝΙΟΣ 994) (Ιοντισµός οξέος ιάσταση βάσης Επίδραση κοινού ιόντος Ρυθµιστικά διαλύµατα) ιαθέτουµε δύο υδατικά διαλύµατα Α και Β σε θερµοκρασία 25 0 C. Το διάλυµα Α έχει όγκο 500 ml και περιεκτικότητα 0, σε NaOH. Το διάλυµα Β έχει όγκο 00 ml, περιέχει ασθενές οξύ και εµφανίζει ph 3. Τα διαλύµατα Α και Β αναµιγνύονται, οπότε προκύπτει νέο διάλυµα Γ. i) Να υπολογιστεί το ph του διαλύµατος Α και η µοριακή κατ όγκο συγκέντρωση του διαλύµατος Β. ii) Να υπολογιστεί το ph του διαλύµατος Γ. ίνονται: Η σταθερά διάστασης του οξέος είναι 5 K a. Η σταθερά του γινοµένου των συγκεντρώσεων των ιόντων του νερού είναι K w. Η υδρόλυση των ιόντων που υπάρχουν στο διάλυµα θεωρείται αµελητέα. Η K a του οξέος είναι µικρότερη από -4 και εποµένως για την απλούστευση των υπολογισµών, πρέπει να γίνουν οι προσεγγίσεις, που υποδεικνύονται στις αντίστοιχες ασκήσεις του διδακτικού βιβλίου. ΥΠΟ ΕΙΓΜΑΤΙΚΗ ΛΥΣΗ i) Το NaOH είναι ισχυρός ηλεκτρολύτης και διίσταται πλήρως. Κατασκευάζουµε πίνακα µε τις ποσότητες των σωµάτων εκφρασµένες σε και υπολογίζουµε τη συγκέντρωση του [H 3 O ] που περιέχεται στο διάλυµα: NaOH Na OH CNaOH CNaOH CNaOH ΣΟΛΩΜΟΥ 29 ΑΘΗΝΑ

2 Αλλά, K w [ ] H O [OH ] [ 3 H3O ] [OH ] 3 [ H3O ] Η συγκέντρωση του [H 3 O ] είναι πλέον γνωστή, οπότε έχουµε: 3 ] Το ph του διαλύµατος Α υπολογίζεται από τον τύπο: 3 ph l og[h3 O ] log ph 3 Το διάλυµα Β περιέχει το ασθενές οξύ και εµφανίζει ph 3, οπότε µπορούµε να υπολογίσουµε τη συγκέντρωση του [H 3 O ] που υπάρχει στο διάλυµα: ph l og ] ph ] 3 ] Το είναι ασθενής ηλεκτρολύτης και ιοντίζεται µερικώς. Κατασκευάζουµε πίνακα µε τις ποσότητες των σωµάτων εκφρασµένες σε : H 2 O H 3 O A Αρχικά: C ΗΑ Ιοντίζονται: x Παράγονται: x x Χηµική Ισορροπία.: (C ΗΑ -x) x x ΣΟΛΩΜΟΥ 29 ΑΘΗΝΑ

3 Η σταθερά ιοντισµού της στους 25 0 C, K a, είναι -5, οπότε έχουµε: K a [H 3O ][A ] [ ] ( x ) ( x ) (C x ) 3 ( ) C 2 6 C C Η ποσότητα του που ιοντίζεται είναι πολύ µικρή, οπότε στους παραπάνω υπολογισµούς έγιναν προσεγγίσεις επειδή ισχύει: K a (C ) 5 0, 2 Έτσι έχουµε: [ ] (C x ) C Άρα, το ph του διαλύµατος Α είναι 3, ενώ η µοριακή κατ όγκο συγκέντρωση του διαλύµατος Β είναι 0,. ΣΟΛΩΜΟΥ 29 ΑΘΗΝΑ

4 ii) Σε 500 ml του διαλύµατος Α προσθέτουµε 00 ml διαλύµατος Β, οπότε προκύπτει διάλυµα Γ µε όγκο 500 ml. Κατά την ανάµιξη των δύο διαλυµάτων πραγµατοποιείται η αντίδραση εξουδετέρωσης: NaOH NaA H2O Υπολογίζουµε τις ποσότητες των σωµάτων που υπάρχουν στα αρχικά διαλύµατα Α και Β σε mol: ( 0,)( 0,5L) n 0,05mol nnaoh CV NaOH ( 0,)( L) n 0,mol n CV Κατασκευάζουµε πίνακα µε τις ποσότητες των σωµάτων εκφρασµένες σε mol µετά από την αντίδραση εξουδετέρωσης: NaOH NaA H2O Αρχικά: 0, mol 0,05 mol mol mol Αντιδρούν: 0,05 mol 0,05 mol mol mol Παράγονται: mol mol 0,05 mol 0,05 mol Τελικά: 0,05 mol mol 0,05 mol 0,05 mol Βρίσκουµε τις νέες συγκεντρώσεις όλων των σωµάτων που περιέχονται στο τελικό διάλυµα, λαµβάνοντας υπόψη τη µεταβολή του όγκου του αρχικού διαλύµατος: ( 0,5L) ( L) V,5 L V V V2 n 0,05mo C l C V,5L ΣΟΛΩΜΟΥ 29 ΑΘΗΝΑ

5 n 0,05mo C NaA l NaA C NaA V,5L Γράφουµε την αντίδραση διάστασης του NaA και την αντίδραση ιοντισµού του, κατασκευάζουµε πίνακα µε τις ποσότητες των σωµάτων εκφρασµένες σε : NaA Na A C NaA C NaA C NaA Αρχικά: H 2 O H 3 O A C Ιοντίζονται: y Παράγονται: y y Χηµική Ισορροπία.: ( C -y) y y Η σταθερά ιοντισµού της στους 25 0 C, K a, είναι -5, οπότε έχουµε: K a [H 3O ][A ] [ ] ( y ) [ ( C y) ] NaA (C y ) ( y ) ( C ) NaA C ( y ) y ΣΟΛΩΜΟΥ 29 ΑΘΗΝΑ

6 Η ποσότητα του που ιοντίζεται είναι πολύ µικρή, οπότε στους παραπάνω υπολογισµούς έγιναν προσεγγίσεις επειδή ισχύουν: Ka (C ) 5 2, Ο ιοντισµός του περιορίζεται σηµαντικά λόγω επίδρασης κοινού ιόντος (A ). Έτσι έχουµε: [ ] (C y) C [ A ] (C NaA y) C NaA Η συγκέντρωση του [H 3 O ] είναι πλέον γνωστή, οπότε έχουµε: ] y 5 ] Το ph του διαλύµατος Γ υπολογίζεται από τον τύπο: 5 ph l og[h3 O ] log ph 5 Άρα, το ph του διαλύµατος Γ που προκύπτει είναι 5. Λύση & Επιµέλεια: ΓΕΩΡΓΙΟΥ ΑΝ ΡΟΥΛΑ ΣΟΛΩΜΟΥ 29 ΑΘΗΝΑ